海南省設施葉菜機械化生產建議＊

王寶龍，孫芳媛，劉 建**（.海南大學園藝學院，?？?5708；.海南匯芙拉建設工程有限公司，海南文昌 57300）

|摘要|海南蔬菜種植設施主要用于葉菜種植，按耕整地、種植、植保、灌溉施肥、采收、運輸等生產環節劃分，各環節均有獨立的機械裝備。根據相關統計，海南設施園藝綜合機械化水平相對較低，人力成本約占海南設施葉菜生產成本的40%～60%。究其根本，海南設施葉菜種植缺乏標準化種植模式及機械化生產技術的集成研究，本文根據海南葉菜生產的實際情況，將葉菜種植按農藝環節劃分，提出各環節應予控制的栽培農藝要點及適配農機的功能需求，為海南地區葉菜機械化生產提供思路與建議。

根據市場消費習慣統計，南方地區喜食葉菜，葉菜不耐儲運，需依賴本地化生產。海南夏秋多暴雨，并伴有持續性高溫，是本地葉菜供應的淡季。露天種植葉菜受高溫、臺風暴雨、以及臺風天氣持續降雨而產生的積澇等不利自然條件的影響，產量和品質均無法保障，因此，夏秋季節海南本地葉菜多以設施種植為主。海南近年來重視常年蔬菜生產基地建設，并要求夏秋季節要以葉菜種植為主。鑒于葉菜占海南蔬菜設施種植比重最大，解決葉菜生產全程機械化對于提升海南設施蔬菜機械化水平具有積極示范作用。

海南設施葉菜種植的品類主要有小白菜、菜心、生菜、空心菜、菠菜、芹菜（西芹）、油菜（上海青）、韭菜、油麥菜、茼蒿等。葉菜種植呈現種類多、茬口多、種植習慣差異大等特點，從耕整地、播種、移栽、收獲都缺少統一的標準，相比大宗糧食作物更難做到機械化。

本文以設施葉菜適宜栽培模式入手，借鑒大田機械化發展的相關經驗，結合海南設施蔬菜栽培特點，按耕整地、種植、植保、灌溉施肥、采收、運輸等生產環節農藝需求（海南常年蔬菜生產設施做到通風遮陽即可低成本達到環境調控的基本目標，機械環境調控在本文中暫不做討論），介紹其適配農機裝備及其宜機化生產技術，以期為海南設施葉菜機械化生產集成創新提供參考。

海南設施葉菜栽培模式建議

設施葉菜按栽培方式主要有土壤栽培、無土栽培（基質培和水培）兩種方式，按播種方式主要有直播和育苗移栽兩種方式，本文以符合海南實際情況的“土壤直播栽培模式”和“育苗移栽栽培模式”及“大容量穴盤基質栽培模式”3 種栽培模式分類展開討論。

土壤直播栽培模式

葉菜生長周期短，約28～42 天1 茬，直播省時省力。土壤直播栽培是生產實踐中應用最為廣泛的栽培模式，在土質良好、耕層深厚的區域適宜采用此模式。引入機械化即用播種機將葉菜種子直接播入土壤中，省去育苗、移栽等程序，可節約大量人工。

精量播種技術（穴播和條播）將確定數量的種子，從種箱內分離出來，按確定的行距和株距播入確定深度的土壤內，同時覆蓋厚度均勻的土壤，并進行適度的鎮壓，使種子獲得均勻一致的發芽環境。機械精量播種種子均勻，通風透光性好，深淺一致，且不存在苗期爭水肥和間苗傷根等問題，群體長勢均衡，有利于田間水肥管理和機械化采收，增產效果明顯。

育苗移栽栽培模式

育苗移栽方式培育出的幼苗整齊劃一，有利于培育壯苗，且幼苗期約占葉菜整個生長周期的一半左右，采用集中育苗方式茬口安排靈活，可提高土地的復種指數。海南夏季多暴雨，選址低洼的基地容易造成積澇，幼苗抗逆性較弱，受積澇影響較大，此種情況下采用育苗移栽的方式可在一定程度上降低災害損失，加速恢復生產，對于“保供種植基地”可優先考慮采用育苗移栽的方式。

大容量穴盤基質栽培模式

土壤條件不適宜（耕層淺薄，存在污染，改良難度大的地塊。如海南近期提出未來5 年規劃建設2～4 萬畝（1334～2668 hm2）光伏蔬菜大棚，多選址于土壤條件較差的荒地、石頭地、尾礦地等）的情況下可采用大容量穴盤基質栽培模式，根據葉菜適宜株行距定制大容量穴盤，利用精量直播機將葉菜種子播入穴盤基質當中。播種后的穴盤通過轉運設備平放于平整地面（鋪黑色防水塑料布）或苗床架上（幼苗期為節約空間也可分層疊放），由棚內倒掛式噴灌設施實現水肥一體化灌溉。由于穴盤每格容量充足，成苗期也無需移栽，從播種至收獲全生長周期均在一格穴盤內完成。大容量穴盤基質栽培模式綜合了傳統土壤直播與育苗移栽的優勢，相比傳統土壤直播，播入穴盤內更易實現精量播種，相比育苗移栽，又可節省工序。且穴盤移動輕便靈活，即使出現暴雨積澇，架于高處也不至于造成損失。

收獲是葉菜作業環節中耗費工時最多的環節，人工成本高，效率低下，往往因延時采收而致使葉菜變老，葉菜收獲質量的高低直接關系到葉菜品質和種植經濟效益。機械化采收的前提是種植標準化，大容量穴盤基質栽培模式有利于培育排列均勻、長勢整齊、形態一致的葉菜。采收時可先將穴盤固定，將成熟葉菜及基質連根拔起，抖落基質（基質一般較為松散）即可實現帶根收獲，也為葉菜機械化采收提供一種解決方案，作業效率提高。

生產機械選擇與建議

不同栽培模式下，各生產階段對機械化需求有一定的差異，如表1 所示。

表1 不同栽培模式不同生產階段機械化功能需求

耕整地階段

設施耕整地機械與裝備

耕整環節是作物種植的第一步，耕作層的平整是作物高效水肥管理的前提，是減少雜草、提高產量的關鍵。設施內土壤含水量大，土壤黏結，影響出苗，耕作即可通過農機具的機械力量，疏松、擾動土壤，恢復土壤的團粒結構，以便積蓄水分和養分，覆蓋殘茬、肥料，防止病蟲害，為作物的生長發育提供適宜的環境。

海南設施耕作機械以旋耕機、圓盤犁、鏵式犁為主，設施整地機械以圓盤耙、釘齒耙、水田耙為主。旋耕機實際上是耕地、整地兼用型機械，因其碎土能力強、耕后地表平坦而得到了廣泛的應用，設施葉菜茬口之間耕整地一般要經歷旋耕和起壟兩道工序，間或輔以深松、全面翻耕等工序。

設施起壟機械與裝備

設施葉菜一般采用起壟栽培農藝，起壟栽培有利于排水，且壟上土壤疏松透氣，起壟栽培可改善葉菜的通風透光性能。海南常見溫室大棚開間4 m，跨度6～8 m，根據單體棚通道口設置方位，壟向可順開間方向設置，適宜起寬平壟，壟溝寬0.20～0.25 m，壟寬1.2～1.7 m（1.4～1.5 m 為最佳），每跨設置3～5 壟。起壟機械主要完成松土、攏土、成型和鎮壓等工序，使土壟形成預定形狀，滿足栽培農藝需求[1]（圖1）。

圖1 蔬菜苗床起壟整地作業示意圖（德沃1DZ-180）

種植階段

設施蔬菜種子多呈小粒徑、扁平化形狀，葉菜種子播種前大多要經丸?；幚恚俑鶕辈セ蛴缫圃赞r藝需求，選擇不同的機型完成播種作業。

設施葉菜直播技術與裝備

日本矢崎公司生產的 SYV-M 系列小粒種子播種機市場應用較多。其中，SYV-M600W 型播種機（圖2）一次性可播種13 行，播種行距4 cm，每小時播種面積0.27 hm2。該播種機使用12 V電動馬達助力，一次充電可作業約3.5 h，適合蔬菜園區和種植散戶使用。該播種機采用了典型的窩眼輪式排種器，窩眼輪上的型孔可根據蔬菜種子的大小、外形進行設計，可設計成單排、雙排或組合式，以滿足不同蔬菜的點播、穴播或條播需求。窩眼輪式播種機播種速度小于6 km/h時，播種質量較好，但對種子外形尺寸要求較高，種子播種前需清選分級。缺點是排種過程中易剪傷種子，導致種子破碎，影響出芽率。

圖2 雙排型孔輪式電驅動設施蔬菜直播機

德沃2BQS-8 氣力式蔬菜精密播種機（圖3），播種器工作時由高速風機產生負壓，傳給排種單體的真空室。排種盤回轉時，在真空室負壓作用下吸附種子，并隨排種盤一起轉動。當種子轉出真空室后，不再承受負壓，靠自重或在刮種器作用下落在溝內。該機根據播種不同蔬菜種子需要，一次可完成淺層開溝、精密播種、圓輪壓種、雙側覆土、整體鎮壓等作業工序?？梢栽趬派匣蛘哒爻善璧募毸橥寥郎喜シN作業，實現一機多用，該機為單苗帶播種作業，行距和株距可據需要適時調整。負壓吸種、正壓吹雜，實現高速精密播種，防止出現空穴漏播現象。

圖3 德沃2BQS-8 氣力式蔬菜精密播種機

隨著播種技術不斷更新，更節省蔬菜種子的種繩直播逐漸推廣開來，該技術裝備可實現精密播種且節省種子，播種過程主要有種子處理、丸?；⒎N子編織和田間直播作業等環節，涉及的裝備有種子丸粒機、種子編織機和種繩直播機，機械裝備及播種效果如圖4 所示。

圖4 設施蔬菜種繩直播生產裝備

設施蔬菜穴盤播種技術與裝備

當前蔬菜種子穴盤播種技術與裝備已較為成熟，國內已有多種精密播種設備供推廣使用，如北京農業機械研究所研制的2BJ0P-120 型穴盤育苗精密播種機，華南農業大學研發的2BS-6 氣力式蔬菜花卉穴盤播種機、南京農機化研究所研發的2BS8-D 型氣吸式穴盤育苗精量播種機、江蘇省農業推廣站2BSJ-4 型蔬菜播種機、上?！翱挡本苁卟瞬シN機、上?！碍h田”牌2BS-JTI0 蔬菜精密播種機[2]等。

2BS-6 型氣力式蔬菜穴盤精密播種機（圖5）已通過廣東省科技成果鑒定，產品的主要技術性能達到國內領先水平，其中在正負氣壓端面換氣技術方面達到國際先進水平。自動播種生產線由基質攪拌系統、上土系統、裝盤系統、壓穴系統、播種系統、覆土灑水系統組成。該生產線具有6 大優勢特點：①操作簡單，全自動控制，2～3 人操作即可；②播種精確，合格率達97% 以上；③效率高，每小時可播高達600～900 盤；④不易堵塞，帶有自動清洗裝置；⑤適配性強，可根據客戶要求配置使用50、60、72、105、128、200 等塑料、泡沫穴盤；⑥適用范圍廣，適用于蔬菜、煙草、花卉等直徑在0.3～3.0 mm 的各種形狀種子播種。

圖5 2BS-6 蔬菜花卉穴盤精密播種機流水線

設施葉菜移栽技術與裝備

移栽機所栽植的秧苗種類有裸苗(無土苗)、營養缽苗等，其中裸苗難以實現自動供苗，基本上是手工喂苗。而營養缽苗，由于采用育苗箱供苗，較容易實現機械化自動喂苗。按秧苗種類分類，移栽機分為裸苗栽植機和缽苗栽植機，按栽植器的形式又可分為鏈夾式、鉗夾式、撓性圓盤式、吊籃式、導苗管式和帶式等栽植機。栽植機工作時應滿足以下農業技術要求：①作物株行距和栽植深度需均勻一致，并符合作物的要求；②保證蔬菜秧苗基本上垂直地面，傾斜度不超過30°，無窩根現象；③避免傷苗；④無漏植和重植。

較為成熟的穴盤苗移栽機為日本洋馬PF2R型乘坐式全自動蔬菜移栽機[3]（圖6），機具可完成取苗、開孔、落苗、覆土、鎮壓全自動蔬菜移栽；具備標準化可蜷曲專業育苗盤。作業條件：①適應苗高在40～100 mm 內、葉齡3～4 葉、盤根良好的葉莖類蔬菜缽體苗；②移栽泥面土塊顆?！?0 mm、作業面無雜草、土壤含水率不大于25% 的起壟或平地移栽；③育苗托盤尺寸（長×寬× 高）為590 mm×300 mm×44 mm，孔徑與孔數分別為30 mm/128 孔、25 mm/200 孔兩種可卷曲標準盤。

圖6 洋馬PF2R 型乘坐式全自動蔬菜移栽機

較為成熟的缽體苗移栽機為東風井關2ZYZ-2 型蔬菜移栽機（圖7）、亞美柯2ZS-2型全自動缽苗移栽機、日神VPA-2 鴨嘴式全自動蔬菜缽苗移栽機、火絨HR 移栽機蔬菜缽苗移栽機[4]。

圖7 東風井關2ZYZ-2 型蔬菜移栽機

植保階段

設施內相對隔離、清潔無污染的生產環境隔絕了大量病蟲害，已大大降低了生產對農藥的需求量，大面積、高頻率噴藥作業的情況在海南常年蔬菜基地已較少出現。當前生產上較為常見人工背負電動噴壺[5]（半機械化方式）對局部病蟲害感染區域實施打藥作業。

為進一步保護生態、減少農藥的使用量，相關學者開展單點精準除草劑的噴施技術與裝備研究，如圖8 所示。采用高分辨率相機對作物和雜草進行識別，采用噴射式除草末端，根據視覺識別結果，定點定量地噴灑化學除草劑，既節約了成本，又保護了環境。

近年來，國內外研究人員積極開展有益于環境保護、可促進農業持續發展的除草技術和設備的研究，以減少或取代被廣泛使用的、對環境有害的化學除草劑，機械除草技術是一種備受關注的非化學除草技術，尤其是智能株間機械除草技術與裝置[6]。

株間機械除草技術可在不使用除草劑的條件下實現株間除草，其裝置如圖9 所示。通過安裝在除草裝置上的攝像頭進行圖像獲取，利用2G-R-B 方法將作物RGB 彩色圖像進行灰度化，再選用Ostu 法二值化、連續腐蝕和連續膨脹等方法對圖像進行了初步處理，實現株間機械除草裝置作物識別、定位方法并自主避讓作物并進入株間區域，通過苗間除草鏟破壞雜草根部結構、阻斷其與土壤的固結及養分、水分通道，最終實現株間精準除草。

圖9 基于機器視覺的液壓株間機械除草裝置

灌溉施肥階段

葉菜鮮活，需水量高，生長期對水分極為敏感，灌水不足會造成發育遲緩，產量下降，灌水過多不均又容易出現爛根現象。倒掛式微噴灌是葉菜種植最常用灌溉方式。倒掛式噴灌相比滴灌適應性強，防堵性能好，灌水均勻，且不影響機械化耕作，適宜育苗及葉菜灌溉使用。

以固定式微噴灌系統為例，一套完整的系統包含水源、首部樞紐、供水管網、微噴頭（又稱灌水器）、自動控制設備五部分，溫室灌溉工程設計時首先根據作物類型及灌水定額確定灌溉需水量，海南地區種植蔬菜日灌溉量可按3～5 mm/m2計。地表水水質無法保證的情況下，推薦采用地下水灌溉，建設中轉蓄水池夜間蓄水，日間灌溉。根據灌溉工藝要求選擇灌水器及其安裝方式，灌水器一般選用旋轉式半霧化噴頭灌水器，單噴頭灌水流量約為80～130 L/h，濕潤半徑R ≥2.5 m，額定工作壓力0.15～0.20 MPa，為獲得良好的灌溉均勻度，灌水器布置間距一般為3.0 m。噴頭倒掛安裝于溫室大棚橫梁上，工作面無交叉可避免對栽培機械化作業產生干擾。進而依據經濟流速選擇合適的輸水管徑，并依據所需流量、揚程（考慮管道沿程損失、局部水頭損失、首部水頭損失、高差等）、功率等參數進行泵選型，最后根據設計灌水周期、一次灌水延續時間制定輪灌工作制度。

近年來海南建設的溫室大棚均要求配備水肥一體化設施，將肥料以液體的方式在灌水同時提供給作物，施肥均勻，養分均衡，省工省力，節水節肥。相比只承擔灌溉功能的微噴灌系統，水肥一體化微噴灌系統在首部有明顯區別。除水泵、過濾設備、各類儀器儀表外，增設肥料罐（或施肥器）和酸堿度調節液。市場已有較為成熟、型號齊全、品牌多樣、成本低廉的國產水肥一體化微噴灌全套設備。

采收階段

據農機部門統計，2017 年設施園藝機采運面積為18 萬hm2，占設施園藝總面積的9%，低于機播（17%）、機械環控（25%）、機械灌溉施肥（56%）、機耕（74%）環節比例[7]。采收環節作為設施園藝勞動最為密集的生產環節，隨著勞動力成本的不斷攀升也成為矛盾最為集中，機械化需求最為迫切的生產環節。打通葉菜種植全程機械化“最后一公里”需要標準化的種植模式與匹配的機械協同作用。

土壤栽培模式

上海世達爾現代農機有限公司新研制的帶有自動仿形功能的4MD-120 型葉菜收割機[8]，可完成茼蒿、雞毛菜等綠葉蔬菜的收割作業，試驗結果均符合上海市企業標準要求。其中，超茬損失率1.2%、重割率0.335%、漏割損失率2.25%、凈菜率98.2%。

其主要由手扶行走底盤、輸送帶機構、切割裝置、自動仿行裝置、電器控制系統等部分組成，如圖10 所示。作為關鍵部分的電控系統主要由綠色環保的鋰電池作為動力源，有底盤驅動電機、輸送帶驅動電機、切割器驅動電機、仿形裝置的電動推桿和角度傳感器、處理器、線束及控制元件等組成。割臺前后、左右均安裝有仿形裝置，通過仿形探針的變化來獲取地面的高低信息，信號傳送到處理器，處理器發出升降指令傳輸給左、右電動推桿，完成左、右高度自動調節，克服畦面高度不一致的弊端。

圖10 4MD-120 型葉菜收割機

大容量穴盤基質栽培模式

大容量穴盤基質栽培模式容易實現種植標準化，培育排列均勻、長勢整齊、形態一致的葉菜，有利于采摘機械化。作者認為當前針對大容量穴盤基質栽培模式還未有針對性的農機裝備投放市場，本文提供一種解決思路（研究方向）供各位專業人士共同探討：采收時先固定穴盤，利用機械臂將成熟葉菜及基質連根拔起，抖落基質（基質經消毒后重復利用）以收獲葉菜?；|一般較為松散，對作物根系的固結力弱于土壤，針對此模式研制出的機型裝備和采收工藝易于復制，推廣過程中不易受各地土壤條件影響。

運輸階段

分揀包裝機具與裝備

葉菜不耐儲運，分揀包裝為保護農產品、降低采后損失的必要措施，分揀可以讓葉菜更加清潔整齊，剔除雜草及損傷葉菜，保留長勢良好、利于保存的完整葉菜。人工采收葉菜分揀環節主要在田間，機械采收可集中于田頭冷庫和車間完成。

當前分揀環節主要依賴人工，目前未有較成熟的農機裝備投放市場，本文提供一種解決思路（研究方向）供各位專業人士共同探討。研制設施蔬菜有序排列物流系統，對無序收獲采收的葉菜進行有序梳理，采用多目視覺系統融合卷積神經網絡等算法訓練融合，精確識別菜頭和菜根，獲取三維空間定位與空間坐標變換數值，采用伺服電機控制機械手臂，實現蔬菜整體任意角度的旋轉，最終達到有序輸送，為自動化包裝后續流程做準備。

當前市場已有成熟的包裝機械，由送膜機構、物料輸送機構、制袋裝置、封口機構、控制箱組成[9]。通過變速箱對伺服電機減速增扭，帶輪傳動實現機器運轉，僅需人工投料即可完成機械化包裝、封口、稱重、貼標等一系列操作。

果蔬冷鏈運輸裝備

果蔬冷鏈物流運輸的保鮮技術主要包括溫控保鮮技術和氣調保鮮技術。其中溫控保鮮技術較適宜短距離運輸的葉菜等生鮮食品，調控葉菜在運輸、儲藏過程中始終處于規定的低溫條件下，降低葉菜的生理呼吸強度，抑制微生物的滋長，以減少腐敗變質、降低損耗。配合田頭冷庫及冷藏貨架，實現葉菜從采收至銷售全產業鏈的降損保鮮。

當前海南省冷鏈物流行業涉及生鮮果蔬、水產畜禽、醫療藥品等，全省已初步形成以?？?、三亞、澄邁為樞紐，遍布18 個市縣的冷鏈物流基礎設施網絡。

總結

據農機部門統計，2017 年全國設施園藝機械化水平為33.12%，江蘇最高，達48%，海南最低，為17%[7]。2021 年海南用于常年蔬菜種植的溫室大棚保有量已達15 萬畝（1 萬hm2），設施化程度達到26.7%（其中大部分為簡易網棚），較低的設施機械化水平嚴重制約了當地蔬菜產業的發展。本文由生產實踐中設施葉菜機械化需求入手，借鑒大田機械化發展歷程的相關經驗，按機械耕整地、種植、植保、灌溉施肥、采收、運輸六大生產環節機械化需求，對于成熟的機械化生產環節，介紹其適配農機裝備及其宜機化生產技術，對于不成熟或缺失的機械化生產環節，提出科學匹配的農機功能需求，以期為海南設施葉菜機械化生產集成創新提供思路。